6.2 Схемы электрические оу

Схема электрическая структурная ОУ приведена на рис.6.1.

Рис.6.1. Схема электрическая структурная ОУ.

Независимо от сложности внутреннего устройства первый каскад состоит из входного дифференциального усилителя (ДУ), который определяет входные свойства ОУ. Использование полевых транзисторов на входе делает входные токи очень малыми (от А доА). Второй промежуточный каскад служит для усиления сигналов и согласования по сопротивлению входного и выходного каскадов. Выходной каскад служит для согласования выходного сопротивления усилительных каскадов с низкоомной нагрузкой, т.е. позволяет получить малое выходное сопротивление. При этом выходной каскад включает предоконечный и оконечный усилитель, как правило, двухтактный.

Первый каскад ОУ – это дифференциальный усилитель, имеющий высокий коэффициент усиления по отношению к разности входных сигналов и низкий коэффициент усиления по отношению к одинаковым сигналам, поданным на входы одновременно, так называемым синфазным сигналом.

Синфазным сигналом называется поданные одновременно на оба входа сигналы с одинаковой фазой и амплитудой.

Кроме того, дифференциальный усилитель имеет высокое полное сопротивление по отношению к любым поданным на его входы сигналам. Входной каскад операционного усилителя является наиболее ответственным, поскольку именно им определяется величина полного входного сопротивления и в нем минимизируется чувствительность к синфазным сигналам и напряжение сдвига.

Напряжения сдвига — это небольшие по величине нежелательные сиг­налы, которые возникают внутри усилителя и приводят к появлению неко­торого напряжения на его выходе при нулевых напряжениях на обоих вхо­дах. Причиной их появления является неточное согласование напряжений эмиттер — база входных транзисторов.

За входным каскадом, как показано на рис.6.1, следуют один или несколько промежуточных; они обеспечивают умень­шение напряжения покоя на выходе усилителя до близкой к нулю величины и усиление по напряжению и по току. После­довательное усиление по напряжению необходимо для получе­ния высокого общего коэффициента усиления по напряжению, а усиление по току — для обеспечения тока, достаточного для работы оконечного каскада без того, чтобы нагрузить входной каскад. В промежуточных каскадах могут быть использованы как дифференциальные, так и однополюсные схемы.

Оконечный каскад должен обеспечивать низкое полное вы­ходное сопротивление операционного усилителя и ток, доста­точный для питания ожидаемой нагрузки. Кроме того, этот каскад должен иметь достаточно высокое полное входное сопро­тивление, чтобы не нагружать последний из промежуточных каскадов. В качестве оконечного каскада обычно используется простой или комплементарный эмиттерный повторитель.

На рис.6.2. приведена упрощенная схема электрическая принципиальная ОУ с резисторными нагрузками и ГСТ.

Рис.6.2. Упрощенная схема электрическая принципиальная ОУ.

6.3. Условные графические обозначения и упрощенная эквивалентная схема оу

Условные графические обозначения ОУ, показанные на рис.6.3., используются до настоящего времени в отечественной и зарубежной литературе.

Рис.6.3. Условные графические обозначения ОУ.

ОУ имеет два входа и один выход. Один из входов рис.6.3,а, обозначенный знаком минус (―) является инвертирующим, т.е. полярность выходного сигнала обратная входному; другой вход обозначен знаком плюс (+) является неинвертирующим, т.е. полярности входного и выходного сигналов совпадают. Позже знак (―) был заменен кружком, а знак (+) не ставится (рис.6.3,б).

При инженерных разработках в технической документации государственным стандартом введено новое обозначение (рис.6.3,в).

В технической литературе по электронике используются графические обозначения, приведенные на рис.6.3,б и в. На этих рисунках при необходимости показываются и другие выводы ОУ (для подключения источников питания, цепей коррекции и др.).

На рис.6.4. приведена эквивалентная упрощенная схема ОУ.

Рис.6.4. Эквивалентная упрощенная схема ОУ.

ОУ имеет высокое входное сопротивление к любым, поданным на его входы сигналам () и совершенно очевидно, что выходное сопротивление должно быть, возможно, меньше (в идеальном ОУ равным нулю).